Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние проблемы обеспечения гигиенической безопасности водопользования населения урбанизированных территорий 20
1.1. Основные причины снижения качества питьевой воды в Российской Федерации 21
1.2. Региональные особенности качественного и количественного состава питьевых вод и риск здоровью населения 25
1.3. Техногенное загрязнение водоисточников и питьевой воды, риск для здоровья 32
1.4. Гигиеническая безопасность основных методов обеззараживания питьевой воды 37
1.5. Современные критерии оценки опасности водного фактора 45
Краткое заключение 49
Глава 2. Программа, материалы, объем и методы исследования 51
2.1. Программа исследования 51
2.2. Характеристика объектов исследования 54
2.3. Методы и объем исследования 55
Глава 3. Обоснование эколого-гигиенического статуса водного объекта на примере невско-ладожского бассейна 71
3.1. Природно-климатические особенности Невско-Ладожского водного бассейна 72
3.2. Анализ природных гидрохимических особенностей Ладожского озера и реки Невы 75
3.3. Характеристика антропогенного загрязнения р. Невы основного источника водоснабжения города 83
3.4. Эколого-гигиеническая характеристика качества вод основных водотоков города 102
3.5. Прогнозная оценка влияния строительства и эксплуатации кольцевой автомобильной дороги (КАД) на поверхностные водоемы 113
3.6. Интегральная оценка качества природных вод и расчет риска здоровью населения. Обоснование эколого-гигиенического статуса основных источников водоснабжения города 123
Краткое заключение 130
Глава 4. Гигиеническая оценка технологии водоподготовки и качества питьевой воды в Санкт-Петербурге 132
4.1. Общая характеристика системы водоснабжения города 132
4.2. Гигиеническая оценка основных методов и технологических схем подготовки питьевой воды 143
4.3. Гигиеническая оценка динамики изменений качества воды в процессе водоподготовки и распределения 148
4.4. Интегральная оценка качества питьевой воды и расчет риска здоровью 164
Краткое заключение 169
Глава 5. Токсиколого-гигиеническая оценка новых реагентов для использования в системах водоподготовки 170
5.1. Обоснование условий применения коагулянта на основе титана в технологии водоподготовки 171
5.2. Гигиеническая оценка герметика АГ-4 для использования в системах горячего водоснабжения 185
Краткое заключение 195
Глава 6. Обоснование методики установления временных регламентов химических веществ в воде для аварийных ситуаций 197
6.1. Теоретическое обоснование методических подходов к установлению временных регламентов 197
6.2. Разработка алгоритма экспериментального установления временных регламентов 204
6.3. Апробация методических подходов к установлению временных регламентов (на примере трихлорэтилена) 207
Глава 7. Методические подходы к обоснованию условий сброса/приема загрязняющих веществ в систему канализации 235
7.1. Гигиеническая оценка системы водоотведения в Санкт-Петербурге...236
7.2. Обоснование условий сброса-приема загрязняющих веществ в систему канализации 239
Краткое заключение 255
Глава 8. Здоровье населения Санкт-Петербурга и водный фактор 256
8.1. Медико-демографические тенденции 257
8.2. Заболеваемость населения 258
Заключение 272
Выводы 286
Практические рекомендации 291
Список литературы 293
Приложение 334
- Региональные особенности качественного и количественного состава питьевых вод и риск здоровью населения
- Анализ природных гидрохимических особенностей Ладожского озера и реки Невы
- Гигиеническая оценка основных методов и технологических схем подготовки питьевой воды
- Гигиеническая оценка герметика АГ-4 для использования в системах горячего водоснабжения
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Среди социально значимых проблем, оказывающих влияние на качество жизни населения России, одной из наиболее существенных является обеспечение питьевой водой. Проблема эта в последнее десятилетие постепенно переросла в число факторов, непосредственно связанных с обеспечением национальной безопасности страны в области охраны здоровья, на что неоднократно обращалось внимание в резолюциях и решениях Совета Безопасности РФ (1995 и 2001 гг.) и Президиума Госсовета РФ. Эта проблема особенно актуальна для населения, проживающего на высоко урбанизированных территориях и, прежде всего, в городах-мегалополисах (Г.Г. Онищенко, 1999; Ю.А. Рахманин и соавт., 1992, 2001, 2003; Г.Н. Красовский и соавт, 1981, 1993, 2002; З.И. Жолдакова, 1999; В.М. Боев, 2003; Ю.В. Новиков и соавт., 2002; С.А. Лопатин и соавт., 2003).
Санкт-Петербург - важнейший промышленный, научный и культурный центр не только России, но и Европы, с населением 4564,8 тыс. человек (2003 г.). За 300-летнюю историю города снабжение его водой претерпело серьезные изменения (Ф.В. Кармазинов и соавт., 2003). В настоящее время основным источником водоснабжения города служит река Нева, которая входит в систему Невско-Ладожского водного бассейна и является частью Волго-Балтийского водного пути. Интенсивность судоходства из года в год возрастает, а с развитием речного флота увеличивается и вероятность аварийных сбросов загрязняющих веществ в реку. Заметно ухудшается качество воды в Неве в период весенних паводков и штормов. Особенно опасное и частое воздействие на состояние Невы оказывает Балтийское море, вызывая наводнения, следствием которых является подтопление через канализацию отдельных набережных и улиц (В.Д. Дмитриев, 2003).
Ухудшение качества воды в реке Неве связано также с наличием многочисленных выпусков сточных вод, в том числе и необеззараженных. До сих пор не определены границы пунктов и виды водопользования на всей акватории р.Невы, не обеспечен контроль и ограничение хозяйственной и иной деятельности в пунктах водопользования. Все эти факторы затрудняют и удорожают обработку воды на водопроводных станциях, влияют на качество подаваемой населению питьевой воды (К.Б. Фридман и соавт., 1991; Г.Т. Фрумин, 1997; СВ. Холодкевич и соавт., 2003; Н.В. Боровков и соавт., 2003).
Исследования последних лет подтверждают, что потенциальная эпидемическая опасность питьевых вод формируется преимущественно за счет несовершенства систем очистки и плохого технического состояния самих распределительных сетей (С.А. Лопатин и соавт., 2003; В.В. Малышев и соавт., 2003; А.Г. Бойцов и соавт., 2000; О.Н. Ластовка, 2003). В связи с этим актуальным является поиск, научная разработка и производство безопасных коагулянтов и дезинфектантов, антикоррозийных средств и других реагентов (Ю.А. Рахманин и соавт., 2000).
Особенности природного гидрохимического состава воды р.Невы также создают определенные трудности для питьевого водоснабжения (Т.П. Кулиш, 1966; И.А. Шикломанов, 1991; Л.В. Воробьева и соавт., 2001). Однако при оценке качества вод и влияния их на здоровье часто не учитывается физиологическая полноценность воды (Г.Ф. Лутай, 1993; Ю.А. Рахманин, 2000). Эта проблема остается малоизученной для Санкт-Петербурга.
До настоящего времени не определены механизмы, позволяющие нормировать качество сточных вод, отводимых в городскую канализацию, что затрудняет решение вопросов ограничения нагрузок на водные объекты города (Т.П. Лысова, Т.В. Передня, 2002).
7 Весьма актуальной для урбанизированных территорий остается
проблема защиты населения в случае возникновения экстремальных
(аварийных) ситуаций, характеризующихся высоким уровнем загрязнения
водного объекта, лимитом времени и технических возможностей для
быстрого удаления химического агента из воды (Г.Н. Красовский, 1991; Ю.А.
Рахманин, 2003; Г.Г. Онищенко, 2003). Обеспечить безопасность населения в
аварийных условиях в значительной мере могли бы временные допустимые
регламенты содержания токсикантов в питьевой воде, однако методика их
установления отсутствует.
Водный фактор имеет свои особенности и механизмы воздействия на здоровье населения, проследить которые достаточно сложно. В настоящее время методы оценки качества питьевой воды в значительной мере сводятся к механическому сопоставлению уровня фактического содержания различных ингредиентов с их нормативами, что не всегда адекватно отражает биологические закономерности их влияния на организм человека. Это обстоятельство делает крайне актуальной разработку такого метода, который способствовал бы современному уровню научных знаний в этой области, а с другой стороны был бы приемлем для оперативного государственного санитарно-эпидемиологического надзора.
Все вышеизложенное определило необходимость и актуальность проведения настоящих исследований.
Работа является фрагментом федеральной программы «Научные основы гигиены окружающей среды» и выполнялась по темам «Совершенствование системы показателей социально-гигиенического мониторинга в условиях территориально-промышленного комплекса» (СПбГМА им. И. И. Мечникова); «Разработка системы методов анализа ущерба (вреда) здоровью населения и оценка риска при кратковременных, в том числе аварийных, и длительных воздействиях химических веществ,
8 загрязняющих окружающую среду», «Разработка методологии эколого-
гигиенического нормирования факторов окружающей среды разной природы
и оценки их изолированного, комплексного и сочетанного действия с учетом
региональных особенностей, а также безопасности новой продукции и
технологий, применяемых в коммунальном хозяйстве, гражданском
строительстве и быту» (ГУ НИИ экологии человека и гигиены окружающей
среды им. А.Н. Сысина РАМН).
Цель исследования - дать комплексную эколого-гигиеническую оценку условий питьевого водоснабжения населения Санкт-Петербурга и обосновать основные направления приоритетных профилактических мероприятий по оптимизации качества питьевых вод и сохранению здоровья населения.
Задачи:
разработать и обосновать концептуальную модель эколого-гигиенического статуса водного объекта на примере Невско-Ладожского бассейна;
дать гигиеническую оценку типологических' особенностей поверхностных вод региона с учетом их физиологической полноценности, как дополнительного критерия, определяющего взаимосвязь водного фактора со здоровьем населения;
с учетом гидрохимических особенностей поверхностных вод Невско-Ладожского водного бассейна, уровня их антропотехногенного загрязнения изучить интенсивность процессов самоочищения и обосновать максимально допустимую нагрузку на водные объекты и перечень региональных приоритетных показателей качества воды;
9і систематизировать материалы по гигиенической характеристике
качества питьевых вод г. Санкт-Петербурга; провести комплексную оценку
существующих в городе технологий обработки питьевой воды,;
на основе аналитико-химических и токсиколого-гигиенических исследований дать всестороннюю характеристику новых современных реагентов (коагулянтов и герметиков), внедряемых в технологии водоподготовки; обосновать их предельно-допустимые концентрации и условия применения;
с учетом токсиколого-гигиенической характеристики и опасности для здоровья работающих и населения разработать и научно обосновать перечень загрязняющих веществ и безопасные уровни их приема/сброса в систему коммунальной канализации Санкт-Петербурга;
разработать и апробировать методику установления временных нормативов содержания химических веществ в питьевой воде для аварийных ситуаций;
оценить риски здоровью населения с учетом интегрального качества питьевой воды;
разработать и дать научное обоснование региональной системе оптимизации условий хозяйственно-питьевого водоснабжения населения Санкт-Петербурга.
Научная новизна. Комплексные исследования по проблеме гигиенической безопасности хозяйственно-питьевого водоснабжения населения Санкт-Петербурга предприняты впервые. Научно обоснована концептуальная модель эколого-гигиенического статуса водного объекта, включающая систематизацию материалов по гидрохимическим типологическим особенностям питьевых вод Невско-Ладожского водного бассейна, оценку их физиологической полноценности, обоснование перечней
10 региональных приоритетных показателей качества, их интегральную оценку
и расчет рисков здоровью населения. Апробация концептуальной модели
показала, что она может служить базой для эколого-гигиенической
экспертизы условий водопользования населения, позволяет определить
максимальную нагрузку на водоем, выявить региональную экозависимую
патологию, наметить мероприятия по оптимизации качества вод. В развитие
концептуальной модели:
получены новые научные данные о тенденциях изменения качества воды Ладожского озера, реки Невы - основного источника водоснабжения мегалополиса; составлен санитарный прогноз условий питьевого водоснабжения из р. Невы;
представлена эколого-гигиеническая характеристика и выявлены закономерности формирования качества вод внутригс^дских водных объектов, являющихся притоками р. Невы;
разработаны методические подходы и обоснована максимально допустимая нагрузка на процессы самоочищения водоемов с учетом их типологических особенностей;
выполнена прогнозная оценка влияния строительства и эксплуатации кольцевой автомобильной дороги на поверхностные водоемы;
обоснованы условия сброса загрязняющих веществ в систему коммунальной канализации Санкт-Петербурга и разработаны перечни веществ запрещенных и разрешенных к сбросу. Предложенные подходы позволяют нормировать качество вод, отводимых в канализационные системы и ограничивать, а в перспективе свести до минимума нагрузки на водные объекты города;
с учетом риска здоровью населения проведена гигиеническая оценка существующей системы водоподготовки и транспортирования питьевой воды, интегральная оценка ее качества;
получены новые научные данные об особенностях трансформации в водных средах и биологического действия на организм теплокровных животных титанового коагулянта (ТК), установлена предельно допустимая концентрация ТК для воды водоемов, обоснованы условия применения титанового коагулянта и герметика в системах водоподготовки;
впервые дано теоретическое обоснование методики установления временных нормативов химических веществ в питьевой воде для аварийных ситуаций; разработан алгоритм экспериментальных исследований и проведена его апробация на примере широко известного токсиканта трихлорэтилена, обладающего реальной опасностью острых смертельных, подострых и хронических отравлений, в том числе в результате аварийных ситуаций на водопроводах;
научно обоснована система приоритетных профилактических мероприятий по обеспечению гигиенической безопасности хозяйственно-питьевого водоснабжения населения Санкт-Петербурга.
Теоретическая значимость работы заключается в дальнейшем развитии методологии оценки надежности условий водопользования населения и современной концепции санитарной охраны водоемов. Выполненные исследования и полученные материалы расширяют научные представления о закономерностях влияния водного фактора на здоровье населения, что имеет важное значение для разработки моделей прогноза и оценки риска от воздействия водного фактора.
Практическая значимость и внедрение в практику. Практическая значимость работы заключается в комплексном, впервые осуществленном в Санкт-Петербурге решении важной научно-практической проблемы -обосновании системы приоритетных мероприятий по обеспечению
12 гигиенической безопасности условий водопользования населения и
санитарной охраны водоемов, что нашло отражение в ряде нормативно-методических документов:
методических рекомендаций «Методика эколого-гигиенического обоснования региональных показателей качества природных вод и оценки риска здоровью населения» (утв. Департаментом Госсанэпиднадзора, 2004
г.);
методических рекомендаций «Методы изучения риска нарушений репродуктивного здоровья населения при воздействии вредных производственных факторов» (утв. Минздравом России, 1996 г.);
методических указаний «Гигиена водоснабжения населенных мест» (Л., 1988);
методических пособий: «Санитарная охрана водоемов, атмосферного воздуха и почвы» (Л., 1991), «Методика применения санитарных правил и норм охраны поверхностных вод от загрязнения в практике предупредительного и текущего санитарного надзора» (Л., 1991); ситуационных задач «Гигиеническая диагностика качества воды и условий водопользования (СПб., 1996);
пособия для врачей «Экспертиза по установлению связи неинфекционных заболеваний с воздействием на организм вредных и опасных факторов окружающей среды» (утв. УМС МЗ РФ, 2000г.);
предельно-допустимых концентраций (ПДК) новых реагентов (титановый коагулянт и коагулянт ТК-2) в воде водоемов (ГН 2.1.5.1093-02);
технических условий (ТУ 262212-001-45527070 - 2001) - Титановые коагулянты.
Материалы работы использованы при подготовке ряда программно-целевых документов федерального и регионального уровня:
Государственная программа неотложных мер по обеспечению
санитарно-эпидемиологического благополучия, профилактики
инфекционных и неинфекционных заболеваний и снижения уровня преждевременной смертности населения на 1994-1996 годы;
отраслевая научно-исследовательская программа «Системная разработка мероприятий по гигиенической безопасности России» (2001-2005 гг.);
«Национальный план действий по гигиене окружающей среды Российской Федерации на 2001-2003 годы» (утв. Минздравом России, Москва, 2001 г.);
«Об осуществлении водохозяйственных и водоохранных мероприятий на территории Северо-Западного федерального округа» справка Управления Северо-Западной окружной инспекции главного контрольного управления Президента Российской Федерации (СПб, 2004 г.);
рабочая программа «Гигиенические требования к качеству питьевой воды в Санкт-Петербурге. Региональный норматив, (утв. Губернатором Санкт-Петербурга, согласован Главным государственным врачом по Санкт-Петербургу и Генеральным директором ГУП «Водоканал СПб» (СПб, 1997);
«Программа первоочередных мероприятий по обеспечению гигиенической и противоэпидемической безопасности источников водоснабжения и питьевой воды, подаваемой населению Санкт-Петербурга» (СПб, 2003 г.);
Проект закона Санкт-Петербурга «О питьевом водоснабжении в Санкт-Петербурге».
Опыт Санкт-Петербурга по оптимизации условий водопользования населения и дальнейшем развитии современной концепции санитарной охраны водоемов нашел отражение в резолюции совместного заседания бюро Научного совета по экологии человека и гигиене окружающей среды РАМН
14 и проблемной комиссии «Научные основы гигиены окружающей среды»
(сентябрь, 2003 г.).
Результаты исследований, разработанные методические документы и гигиенические нормативы внедрены в деятельность Центров Госсанэпиднадзора в Санкт-Петербурге, Ленинградской области, ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга», НИИ гигиенического профиля. Ряд положений теоретического и прикладного характера включены в курс лекций по гигиене водоснабжения населенных мест для студентов и слушателей факультета усовершенствования врачей СПбГМА им. И.И. Мечникова, Санкт-Петербургской академии последипломного образования, Санкт-Петербургского государственного медицинского университета им. И.П. Павлова. Внедрение результатов работы в практику подтверждено актами и справками о внедрении.
Апробация работы. Основные результаты диссертационного исследования доложены и обсуждены па различного уровня конференциях и форумах.
Международных: «Экология и развитие Северо-Запада России» (СПб - Крондштат, 1997); «Эколого-социальные вопросы защиты и охраны здоровья молодого поколения на пути в XXI век» (СПб, 1998); «Современные технологии в деятельности госсанэпидслужбы Российской Федерации» (СПб, 2001); «Город в Заполярье и окружающая среда» (Воркута, 2003); «Экология человека Северо-Запада России» (СПб, 2003); «Здравоохранение Северо-Западного федерального округа» (СПб, 2004).
Всесоюзных: «Гигиена и токсикология высокомолекулярных соединений и химического сырья, используемого для их синтеза» (Ленинград, 1979); «Комплексные гигиенические исследования в районах интенсивного промышленного освоения» (Новокузнецк, 1982); «II
15 Всесоюзная конференция по комплексным проблемам гигиены (Москва,
1982); «Эндокринная системы организма и вредные факторы окружающей
среды» (Ленинград, 1991); «Методологические и методические проблемы
оценки состояния здоровья населения (Санкт-Петербург, 1992).
Всероссийских: «Научно-практическая конференция по санитарной охране водоемов» (Пермь, 1985, 1988); «Региональные вопросы гигиены, эпидемиологии, экологии и здоровья населения» (СПб, 1996); «Проблемы укрепления здоровья и профилактика заболеваний» (СПб, 2004).
Заседаниях Научного совета по экологии человека и гигиене окружающей среды РАМН и МЗ РФ «Проблемы гигиенического нормирования и оценка химических загрязнений окружающей среды в XXI веке» (М., 1999); «Социально-гигиенический мониторинг: методология, региональные особенности, управленческие решения» (М.,2003); «Проблемы обеззараживания воды мегаполиса» (СПб, 2003).
Личный вклад. Автору принадлежит инициатива формирования научного направления по эколого-гигиенической оценке безопасности хозяйственно-питьевого водоснабжения населения Санкт-Петербурга. Его вклад в работу является основным, заключается в планировании, организации и проведении исследований по всем разделам, диссертации, в формулировке цели и задач, определении объема и формировании методик исследования, выкопировке первичных данных, накоплении материала, анализе, обобщении и обсуждении результатов исследования, подготовке публикаций по теме диссертации. При непосредственном участии автора разрабатывались эколого-гигиенические аспекты региональной санитарно-гигиенической оценки условий водопользования в Санкт-Петербурге, проводилась гигиеническая оценка качества питьевой воды, сточных вод и воды поверхностных водоемов; рассчитывались риски здоровью населения
от водного фактора. Автором самостоятельно выполнены экспериментальные исследования по изучению токсичности и опасности новых реагентов для системы водоподготовки, обоснованию временных регламентов токсикантов для аварийных ситуаций. С участием автора разрабатывались нормативные, научно-методические документы, осуществлялось внедрение результатов исследования в деятельность НИИ гигиенического профиля, Центры Госсанэпиднадзора, ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга», учебный процесс медицинских ВУЗов.
Доля участия автора в накоплении информации более 80 %, а в обобщении и анализе материала - до 100 %.
Публикации. Материалы диссертационного исследования отражены более чем в 100 работах. Основные из них представлены в конце автореферата. В их числе 2 монографии, 11 публикаций в центральных изданиях, 7 - в научных трудах международных конференций, методические рекомендации (3) и пособия (4).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 8 глав, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка использованной литературы, включающего 397 источников, из них 296 отечественных и 101 зарубежных авторов, приложений с документами, подтверждающими внедрение полученных результатов в практику. Основной текст диссертации изложен на 345 страницах, содержит 65 таблиц и 40 рисунков.
Положения, выносимые на защиту
1. Концептуальная модель эколого-гигиенического статуса водного объекта базируется на методике системного анализа и математического моделирования водоисточника как сложной системы «природные факторы -
17 антропогенные факторы - качество вод - потенциальные риски». Модель
включает: создание базы данных, выбор приоритетных показателей,
обоснование региональных критериев, 'интегральную оценку качества вод и
расчет потенциальных рисков для здоровья населения.
Особенности гидрологии р.Невы (многоводность, интенсивное течение и перемешивание) маскируют истинный уровень загрязнения; низкие температуры воды замедляют окисление органических веществ. За относительно небольшими изменениями в химизме воды скрыты значительные количества загрязняющих веществ, что подтверждают данные бактериологических исследований и оценка донных отложений городских водотоков. Региональные критерии максимально допустимой нагрузки на акваторию Ладожского озера и р.Невы: БПК2о - 2,0-2,5 мг02/л; ПО - 7,8-8,7 мг02/л; ХПК - 22,0-26,0 мг02/л.
Качество питьевой воды г. Санкт-Петербурга определяется гидрохимическими особенностями, уровнем антропотехногенного загрязнения р. Невы, применяемой технологией водоподготовки и транспортировки воды, которая в настоящее время не соответствует классу водоисточника (р.Нева - 3 класс санитарной опасности). Отсутствуют современные физико-химические методы доочистки (микрофильтрация, окислительно-сорбционные методы, > УФ-обеззараживание). Большая мощность блоков, масштабность применения одноступенчатой схемы (78%) с использованием контактных осветлителей способствует образованию ХОС, появлению хлорустойчивых микроорганизмов, не решает проблему вирусов. Качество воды в городской распределительной сети ухудшается по ряду показателей: содержанию железа (10% проб); алюминия (0,6-10%); величине мутности (до 3%); цветности (до 10%); перманганатной и бихроматной окисляемости. Количественное разнообразие показателей, выраженное через интегральное качество питьевой воды, позволило дать их обобщенную
18 гигиеническую оценку. Оно не соответствовало допустимому по
органолептическим свойствам и показателям физиологической
полноценности.
4. Система мониторинга за качеством сточных вод, поступающих в
систему коммунальной канализации, должна базироваться на критериях,
определяющих безопасность для здоровья персонала, населения и
эксплуатации системы водоотведения и очистки сточных род. Выделены
вещества преимущественно ингаляционного и контактного действия,
представляющие опасность для здоровья персонала. С учетом влияния
компонентов сточных вод на процессы транспортирования, очистки,
самоочищения, способности к трансформации, кумуляции в водных и
биологических средах, персистентности, токсичности и опасности для
здоровья человека обоснованы перечни и нормативы запрещенных (13) и
разрешенных (32) к сбросу/приему загрязняющих веществ в систему
городской канализации.
5. В основу методики установления временного допустимого
содержания токсикантов в питьевой воде при возникновении экстремальных
ситуаций может быть положена общность закономерностей токсикокинетики
и токсикодинамики ядов, обусловленная динамическим взаимодействием яда
и живого организма, его общих адаптационных механизмов, а также
универсальный математический аппарат , описывающий эти закономерности.
Разработанный и апробированный на примере трихлорэтилена алгоритм
экспериментальных исследований позволяет обосновывать временный
норматив на аварийный период до 10 суток.
6. Изученные титановый коагулянт и герметик являются
перспективными реагентами для обработки воды. По основным
гигиеническим показателям титановый коагулянт не является опасным по
сравнению с другими соединениями алюминия, нормированными в воде
19 водных объектов. При его применении в системах водоподготовки
остаточное суммарное количество всех форм алюминия и титана в воде не должно превышать их предельно допустимые концентраций.
7. Региональная система оптимизации условий хозяйственно-питьевого водоснабжения населения Санкт-Петербурга. Доказана
>
эффективность предложенных приоритетных профилактических мероприятий по улучшению условий жизни и здоровья населения города, связанных с использованием питьевой воды.
Региональные особенности качественного и количественного состава питьевых вод и риск здоровью населения
Региональные особенности качественного и количественного состава питьевых вод и риск здоровью населения На территории Северо-Западного региона России для целей хозяйственно-питьевого водоснабжения используются преимущественно поверхностные водоисточники, вода которых имеет свои характерные гидрохимические особенности.
Ранее считалось, что необходимый запас солей и микроэлементов, обеспечивающих нормальное функционирование организма, человек получает с пищей и лишь незначительное количество с водой [237]. Однако, позднее, с развитием исследований по гигиеническому нормированию химических веществ в воде, доказано, что водный путь их поступления не менее существенен для нормального функционирования организма [238, 268, 269, 299, 300].
Необходимость оптимизации минерального состава питьевой воды, особенно в отношении содержания биогенных макро- и микроэлементов, относится к числу социально-значимых проблем [97, 198, 301, 302]. По данным Главного государственного санитарного врача РФ, свыше 65 процентов населения России проживают в условиях дефицита йода, что служит причиной повышенной перинатальной смертности, снижения умственных способностей у детей и взрослых. Практически повсеместно имеется недостаток фтора в воде, что обусловливает заболеваемость более 60 процентов детей кариесом зубов. Низкая жесткость воды, недостаток солей кальция и магния способствуют увеличению числа смертельных исходов и тяжести течения кардиоваскулярных заболеваний. По этим видам патологии Северо-Западный регион, также как и Скандинавские страны, держит первенство в мире, что в значительной мере связано именно с преобладанием мягких вод [180, 204].
Мягкие маломинерализованные воды избирательно действуют на желудочно-кишечный тракт, сердечно-сосудистую систему, органы мочевыделения, костную ткань, снижают содержание кальция и фосфора в женском молоке, способствуют появлению массовых форм гипофторозов среди населения. В этих регионах регистрируют повышенный уровень заболеваемости населения такими нозологическими формами, как язва 12 перстной кишки, хронический гастрит, холецистит и ишемическая болезнь сердца, рахит, кариес зубов, патология беременности и родов [87, 181, 188, 264, 286, 304, 305].
Физическое развитие детей и подростков лучше в районе, снабжаемом водой с оптимальным содержанием солей. У новорожденных детей в районе, снабжавшемся маломинерализованной водой, был более низкий уровень здоровья. У них чаще отмечались анемия, гемолитическая желтуха, переломы костей, врожденные аномалии и дефекты развития [95, 267, 384].
Проблема минерального состава вод привлекает все большее внимание исследователей в связи с ростом числа сообщений об обратной зависимости между жесткостью воды и смертностью от сердечно-сосудистых заболевании. Некоторые авторы [79, 140, 189, 297, 268] утверждают, что благотворное влияние на сердечно-сосудистую систему жестких вод обусловлено присутствием ионов магния.
При эпидемиологическом обследовании населения, употребляющего воду с низким содержанием магния (штат Огайо, США), обнаружены более высокая заболеваемость коронарной болезнью, а также случаи внезапной смерти по сравнению с районами, где население употребляет воду с нормальным содержанием данного микроэлемента [55, 114]. Содержание магния в миокарде у умерших от сердечных приступов было пониженным на 12—15 процентов.
Существует мнение [190], что в среднем суточном рационе содержание магния ниже потребности в нем. Это вызвано тем, что многие современные пищевые продукты проходят промышленную обработку (очистка, фракционирование, замораживание, рафинирование), теряют микроэлементы и витамины еще до приготовления пиши в домашних условиях. За счет жестких вод дефицит магния может значительно снижаться, а потребление мягких вод может приводить к еще большему дефициту его в организме.
Обобщив данные литературы, Ю..В. Новиков и соавт. [190] в обзорной статье показали, что каждые 2 мг-экв/л жесткости являются источником 6— 7% общего поступления магния. Это совпадает с данными, согласно которым при жесткости воды 7 мг-экв/л в организм поступает доподнительно 27% магния. В пользу роли «водного магния», как считают авторы, свидетельствует лучшая усвояемость его из воды (до 60%), чем из пищи (30%). Г.Ю. Объедкова [197] показала, что питьевая вода повышенной минерализации оказывает неблагоприятное действие на специфические функции женского организма - менструальную и детородную, а также на течение беременности и родов, на плод и новорожденного. Качественный состав указанной воды обусловливает повышение гинекологической заболеваемости, что находится в прямой зависимости от длительного потребления высокоминерализованной воды. В эксперименте доказано, что вода повышенной минерализации оказывает также эмбриотоксическое действие, проявляющееся снижением массы тела животных, нарушением регулярности эстрального цикла и удлинением стадии течки, увеличением предимплантационной гибели яйцеклетки и массы плодов [197].
Сопоставление заболеваемости населения слюннокаменной и мочекаменной болезнями с жесткостью питьевых вод позволило установить между ними определенную связь. Наибольшая заболеваемость этой патологией наблюдается в районах, где питьевая вода имеет жесткость от 16,0 до 23,0 мг-экв/л, наименьшая — в пределах 6,0—7,0 мг-экв/л. Жесткость питьевой воды от 7,0 до 16,0 мг-экв/л характеризует средний уровень заболеваемости.
Анализ природных гидрохимических особенностей Ладожского озера и реки Невы
Природный состав воды в р. Неве определяется преимущественно составом воды Ладожского озера - главного источника питания реки. Естественный гидрохимический фон характеризуется малой изменчивостью по течению реки и незначительными сезонными колебаниями (табл. З.1.).
Основной климатический фактор, определяющий природные гидрохимические особенности реки Невы - избыточная увлажненность почвенно-грунтовой толщи во все сезоны года. Этим обусловлена отмытость грунтов речных водосборов от легко растворимых солей - хлоридов и сульфатов, в результате чего в воду поступают главным образом карбонатные соединения кальция и магния (табл. 3.2.).
Вода реки Невы является маломинерализованной, общее солесодержание - от 65 до 150 мг/л, имеет жесткость 0,8 мг экв./л и низкую (от 0,4 до 0,7 мг-экв/л) щелочность. Доминирующие ионы в ней -гидрокарбонатный (30-34% эквивалента) и ион кальция (23-28 % эквивалента). Не имеет определенного вкуса и запаха. Большая часть железа находится в закисной форме (Fe ), источником его являются многочисленные болота бассейна.
Растворенные органические вещества имеют преимущественно почвенное происхождение и на 80-90 % состоят из устойчивых гуминовых кислот. Содержит много фенолов природного происхождения - продуктов гниения опавшей хвои, коры и древесины.
Перманганатная и бихроматная окисляемость воды довольно высоки и составляют в среднем 10 мг02/л и 26 мЮ2/л соответственно. Величины соотношений показателей цветности и окисляемости свидетельствуют о преобладании в реке слабоокрашенных гуминовых веществ почвенного происхождения, стойких к биохимическому разложению (БПК-5 не превышает 1,4 мг02/л). Наряду с этим в воде постоянно присутствуют неокисляемые органические вещества антропогенного происхождения и фитопланктон, окисление которых тормозится при снижении температуры и недостатке солнечного света.
Самая примечательная особенность химического состава невской воды- постоянная и высокая ее насыщенность кислородом (90-100 %). Это объясняется хорошей аэрацией водных масс при частом и сильном волнении на Ладожском и других озерах. Из-за низкой температуры воды и скудной органической жизни кислород не расходуется на окисление отмерших органических веществ. Двуокиси углерода (С02) немного (1-3 мг/л), и вода оказывает слабоагрессивное выщелачивающее действие на бетон.
Особенность невской воды заключается еще и в том, что в течение всего года она имеет низкий щелочной резерв и большую часть года - низкую (менее 6 С) температуру. При относительном постоянстве естественного химического состава воды по течению наблюдается слабо выраженная, но вполне закономерная тенденция к повышению минерализации в устье реки (за счет сульфатов и хлоридов щелочных металлов), снижению растворенного кислорода и повышению окисляемости воды. Стабильность гидрохимического режима по ширине реки нарушается при впадении в р.Неву притоков. Несмотря на хорошее турбулентное перемешивание, содержание отдельных химических компонентов в природной невской воде у левого и правого берегов может быть не одинаково (табл. 3.3.).
Гигиеническая оценка основных методов и технологических схем подготовки питьевой воды
Качество питьевой воды, подаваемой населению в значительной степени определяется технологией водоподготовки. Технология производства питьевой воды на водопроводных станциях Санкт-Петербурга включает: — забор воды (водозабор) из поверхностного источника (р. Нева); — подачу воды насосными агрегатами I подъема на очистные сооружения; — технологическую обработку воды на водопроводных очистных сооружениях; — сбор и хранение очищенной воды в резервуарах чистой воды; — забор воды из резервуаров чистой воды насосными агрегатами II подъема и подачу ее в городскую сеть с заданным напором. Очистка воды на водопроводных станциях осуществляется по двум схемам: — двухступенчатая схема — отстаивание (1-я ступень) и фильтрация (2-я ступень); — одноступенчатая схема — с применением барабанных сеток и контактных осветлителей. Технологией обработки воды по двухступенчатой схеме предусмотрены предварительное аммонирование и хлорирование воды, коагуляция ее сернокислым алюминием, флокуляция катионным флокулянтом, отстаивание и фильтрация на скорых фильтрах. Технология одноступенчатой очистки воды, разработанная специально для осветления маломутных цветных вод водоемов Се,веро-Западного региона, которые по свойствам и составу аналогичны невской воде, также включает предварительную ее аммонизацию с вводом аммиака во всасывающие патрубки насосов I подъема, предварительное ее хлорирование и далее очистку воды на барабанных сетках, коагуляцию и фильтрование на контактных осветлителях.
Особенностью сооружений водоподготовки Санкт-Петербурга является большая мощность блоков водоочистки и масштабное применение (78 %) одноступенчатой схемы водоочистки с использованием контактных осветителей; по двухступенчатой технологии обрабатывается только около 22 % очищаемой воды. Технология очистки воды на запроектированных и построенных в 1950-1960-е г.г. крупных водопроводных станциях Санкт Петербурга полностью соответствовало в то время как по состоянию водного источника, так и предъявляемым к очищенной воде требованиям. С ухудшением качества воды в реке Неве в конце 1970-х начале 1980-х г.г., о чем свидетельствуют данные, представленные в предыдущей главе, возникла необходимость поиска новых методов реагентной обработки воды и интенсификации работы очистных сооружений. На этом этапе было предусмотрено введение коагуляции в дефицитных дозах сернокислым алюминием в сочетании с катионным флокулянтом, внедрение смесителей эффективных конструкций, изменение точек ввода реагентов, замена нагрузки в контактных осветителях и другие мероприятия, которые позволили на некоторое время обеспечить надлежащее качество питьевой воды, несмотря на ухудшение качества воды водоисточника. Вместе с тем, уже с середины 1990-х г.г. этих мер стало недостаточно. Повышение требований к качеству очищенной воды в связи с выходом в свет 1 января 2002 г. СанПиН 2.1.4.1074-01 повлекло за собой необходимость обеспечения улучшения качества очистки на существующих сооружениях. Кроме того, с введением новых СанПиН возникли серьезные проблемы, связанные с обеспечением нормативного обеззараживания воды, особенно со снижением показателей наличия в воде вирусов и сульфитредуцирующих клостридий. Анализ состава воды р. Невы свидетельствует, что при ее очистке необходимо удаление веществ 1-й и 2-й фазо дисперсных групп по классификации Л. А. Кульского [149]. Применение осветлителей со взвешенным осадком на 1-й ступени очистки воды позволяет снизить нагрузку на существующие сооружения, значительно улучшить качество очистки воды практически по всем параметрам и обеспечить стабильную работу фильтровальных сооружений.
Гигиеническая оценка герметика АГ-4 для использования в системах горячего водоснабжения
Герметик АГ-4 (смесь полиизобутилена П-200 - 17%, каучука СКЭП-40 - 1,0%, парафина - 0,6%, масла парфюмерного - 96,7%) используется как средство защиты питьевой, промышленно-хозяйственной воды и гидрофильных жидкостей от испарения, насыщения газами и механических загрязнений. Было установлено, что при контакте с нейтральными, слабощелочными или слабокислыми водами, обычно используемые для питьевого и промышленно-хозяйственного назначения, герметизирующая жидкость АГ-4 обеспечивает высокие антиаэрационные и антикоррозионные свойства при условиях эксплуатации ее в широких диапазонах температур воды (от -37 до +130). Последнее позволило рекомендовать антиаэрационную, герметизирующую жидкость АГ-4 для защиты деаэрированной воды от насыщения кислородом воздуха и от коррозии баков-аккумуляторов систем теплофикации. Однако для положительной оценки этого реагента и широкого внедрения в практику горячего водоснабжения необходима его гигиеническая апробация в натуральных условиях. Исследования проведены на ТЭЦ-7 Ленэнерго. Отбор проб воды осуществляли в следующих точках системы теплофикации: точка №1 - исходная вода из реки Невы, поступающая в деаэраторы; точка №2 - горячая вода, поступающая из деаэраторов в баки-аккумуляторы; точка №3 - вода, поступающая в теплосеть из баков-аккумуляторов без герметика; точка №4 - вода, поступающая в теплосеть из баков-аккумуляторов с герметиком АГ-4. В процессе анализов проводили исследования органолептических свойств воды: запах при 60С и 20С, мутность и цветность.
Наряду с этим, в пробах исследуемой воды определяли: перманганатную, бихроматную окисляемость, общее. количество экстрагируемых хлороформом веществ, нефтепродукты, бромирующиеся вещества, общее содержание в воде органических веществ (по потере при прокаливании). На протяжении всего времени исследований сохранялся обычных - эксплуатационный режим работы баков-аккумуляторов с максимальной продолжительностью хранения запасов деаэрированной воды не более 12 часов.
Наряду с эксплуатацией герметика АГ-4 на ТЭЦ продолжалось введение в воду силиката натрия с целью защиты системы теплофикации от коррозии. В течение одного месяца сделан перерыв, когда силикат натрия в воду не вводили. В связи с этим представилось возможным произвести анализ по всем точкам в трех повторностях как в период без добавления силиката натрия, так и в период с добавлением его. Всего было выполнено 960 анализов в 80 пробах воды.
Поскольку в качестве исходной была принята вода из реки Невы, и изменения ее количества могли определяться сезонными колебаниями, мы сочли необходимым, наряду со среднемесячными, рассчитать и среднесезонные данные по каждому показателю.
В таблице 5.4. представлены результаты исследования проб воды в выбранных точках на третьи сутки после заливки t герметика и предварительного спуска воды в течение первых двух суток в сравнении с фоновыми данными. Из таблицы видно, что исходная вода реки Невы после прохождения ее по трассе теплофикации до баков-аккумуляторов меняла свой качественный состав по ряду показателей. При этом увеличивался запах воды при 60, цветность на 5-10, общее количество экстрагируемых хлороформом веществ, количество нефтепродуктов и потеря при прокаливании в 1,5-3 раза. Из этой же таблицы видно, что через трое суток после заливки герметика качество воды в баке-аккумуляторе №1 было лучше, чем в контрольном (бак-аккумулятор №2). В воде под герметиком было меньше экстрагируемых хлороформом веществ, нефтепродуктов, ниже бихроматная окисляемость и потеря при прокаливании, что, по-видимому, можно объяснить экранирующим действием герметика.
Однако следует отметить, что общая тенденция некоторого ухудшения качества воды от реки Невы до баков-аккумуляторов по-прежнему сохранялась: увеличивалась цветность, количество нефтепродуктов, бромирующихся веществ, бихроматная окисляемость и потеря при прокаливании. Все это свидетельствовало об обогащении воды органическими веществами в системе теплофикации ТЭЦ.
Поскольку при проведении натурных испытаний герметика АГ-4 продолжалось введение в воду силиката натрия, представляло интерес провести сравнительные исследования качества воды по одним и тем же показателям без добавления в воду силиката натрия.
В таблицах 5.5. и 5.6. представлены результаты проведенных исследований. Прежде всего обращает на себя внимание значительное, имеющее статическую значимость, увеличение количества бромирующихся веществ в воде с добавлением силиката натрия по всем точкам (13,6+0,83 мг/л; Р 0,01; 15,2+2,1 мг/л, Р 0,05; и 15,0+1,5 мг/л, Р 0,02 против 6,5±1,8 мг/л в реке Неве). Вместе с тем, в воде без добавления силиката натрия также имело место увеличение бромирующихся веществ, хотя и менее значительное, чем в первом случае (в 1,5; 1,7 и 1,8 раза).
